基于ANSYS的TBM刀盘动力特性分析
本文选题:TBM刀盘 + 有限元法 ; 参考:《河北工业大学》2015年硕士论文
【摘要】:本文基于ANSYS对TBM刀盘进行了模态分析、谐响应分析、启动时的瞬态分析和正常工作时的稳态分析,得到了一些有工程价值的认识和结果,为TBM安全、稳定和低振运行提供一些有益的建议,也为TBM刀盘的设计、改进和优化提供一套研究方法。本文的主要工作如下:1.对有肋板和无肋板两类TBM刀盘进行了模态分析,得到了两种模型的前6阶固有频率和相应的模态。结果表明,添加肋板以后,刀盘的低阶固有频率有明显提高。在较低阶模态,有肋板刀盘与无肋板刀盘的模态相似;而在较高阶模态,无肋板刀盘的位移主要在刀盘面板上,而有肋板刀盘的位移已转移至肋板上。2.对有肋板和无肋板两类TBM刀盘进行了谐响应分析,得到了在周期性简谐激励作用下,刀盘上各点位移随激励频率变化的幅频响应曲线。结果表明,虽然增加肋板可以有效地减轻刀盘的振动,但在某些特定频率下,仍会引起比无肋板时更强烈的振动。有肋板刀盘的共振主要集中在某一个频率上,而无肋板刀盘的共振频率则较为分散。3.通过对TBM启动时刀盘的瞬态分析,得到了刀盘上各点随时间变化的位移、速度和加速度响应,绘出了滚刀切深分别为5 mm、9 mm和11 mm时刀盘上中心滚刀、正滚刀和边滚刀三个不同位置处的位移和速度响应曲线,分析了岩石单轴抗压强度对刀盘动态响应的影响。4.通过对TBM正常工作时刀盘的稳态分析,得到了刀盘上各点的位移、速度和加速度的响应曲线,并比较了不同切深情况下刀盘三个不同位置处位移量的变化规律。这些数据对TBM施工时选择最优切深具有一定参考价值。
[Abstract]:In this paper, modal analysis, harmonic response analysis, start-up transient analysis and steady state analysis of TBM cutter head are carried out based on ANSYS, and some valuable engineering results are obtained, which are safe for TBM. Some useful suggestions for stable and low vibration operation are provided, as well as a set of research methods for the design, improvement and optimization of TBM cutters. The main work of this paper is as follows: 1. The modal analysis of two kinds of TBM cutters with and without ribbed plates is carried out. The first six natural frequencies and the corresponding modes of the two models are obtained. The results show that the low order natural frequency of the cutter head is obviously increased after the rib plate is added. In the lower mode, the mode of the ribbed plate cutter head is similar to that of the unribbed plate cutter head, while in the higher order mode, the displacement of the ribbed plate cutter head is mainly on the face of the cutter head, while the displacement of the ribbed plate cutter head has been transferred to the ribbed plate. The harmonic response analysis of two kinds of TBM cutters with and without ribbed plates is carried out. The amplitude-frequency response curves of the displacement of each point on the cutter head with excitation frequency are obtained under the action of periodic harmonic excitation. The results show that the vibration of the cutter head can be effectively reduced by increasing the ribbed plate, but the vibration will still be stronger than that of the unribbed plate at certain frequencies. The resonance of the ribbed cutter head is mainly focused on a certain frequency, while the resonance frequency of the unribbed cutter head is more dispersed. 3. Through the transient analysis of the cutter head when TBM is started, the displacement, velocity and acceleration response of each point on the cutter head with time are obtained, and the center hob on the cutter head is drawn when the cutting depth of the hob is 5 mm to 9 mm and 11 mm, respectively. The displacement and velocity response curves at three different positions of normal hob and edge hob are analyzed, and the influence of uniaxial compressive strength of rock on the dynamic response of cutter head is analyzed. By analyzing the steady state of the cutter head when TBM is working normally, the response curves of displacement, velocity and acceleration of each point on the cutter head are obtained, and the variation law of displacement at three different positions of the cutter head under different cutting depth is compared. These data have certain reference value for selecting optimal cutting depth in TBM construction.
【学位授予单位】:河北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:U455.3
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,本文编号:1883590
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